预制装配式建筑的发展前景及结构设计要点分析

刘翔青 （合肥工大工程试验检测有限责任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

进入新世纪以来，国内的建筑行业进入了一个快速发展的时期，并带动一系列附属相关产业的发展。装配式建筑因为设计安装简便，广受建筑行业青睐。但是就目前发展情况而言，因为处于初期发展阶段，所以在建筑的结构设计上仍然存在很多问题，限制了装配式建筑发挥优势。因此，对预制装配式建筑的发展前景及结构设计要点分析有鲜明现实意义。

1 装配式建筑在国内外的发展状况与发展前景

1.1 国外发展状况

自上个世纪七十年代起，装配式建筑发展逐渐成型，并且美国提出了《国家工业化住宅建造及安全法案》，此法案中不仅定义了装配式建筑基本内容，而且提出了一整套装配式建筑建造标准以及流程，虽然经过了几十年的发展，但是其中还有很多净标仍然被应用到当下的建筑活动当中。

就美国装配式建设发展情况而言，在经过初期发展阶段之后，当代装配式建筑不仅仅质量过关，而且美学特征的表现也十分明显，并且对于建筑主体舒适度的体现更加直接。进入到二十一世纪之后，装配式建筑的发展更加迅速，无论是相关建筑产业，还是建设规模都已经发生了巨大改变。根据不完全统计，迄今为止，美国装配式建筑住宅数量已经超过经1000万套，基本占据了美国总住宅的7%左右。除此之外，该国家装配式建筑市场发展状态良好，并且已经成型，任何装配建筑构件都会以商品的形式进行出售，建造者只需要结合图纸信息到市场中进行购买即可，然后在施工场地直接进行组装，无论是施工周期还是施工污染都可以降到最低。

1.2 国内发展状况

我国装配式建筑的发展历史可以追溯到上个世纪，最早出现在七十年代，但是经过短暂的发展之后，装配式建筑迅速走向消亡。造成此种现状的原因在于，该类型建筑在我国唐山大地震中没有表现出良好的抗震性能，因此在我国市场中，一直对装配式建筑存在抵触。在相同的建设条件下，即使装配式建筑省时省力，建筑者也不会选择此种方法进行建设。经过三十几年的沉淀，我国装配式建筑发展得到了缓和，开始陆续的出现在人们的视野当中，虽然经历了几十年的发展断层，导致技术、人才等方面发展相比于外国而言比较落后，但是随着装配式建筑建设数量提升，以及政府扶持力度的加大，可以说该类型建筑发展未来可期。

1.3 装配式建筑发展前景

现如今，全国的大多数省市都建立了装配式建筑的地区性指导意见和相关的奖罚措施，不少地方更是提出了发展装配式建筑的具体建设目标。例如上海市规定，如果建筑面积满足规定需求，并且预制装配比满足了最低要求，可以每平方米给予60元到100元不等的奖励，单个项目最高补贴1000万元，另外对自愿实施装配式建筑的项目给予不超过3%的容积率奖励。通过上述激励性政策，极大的调动了装配式建筑在上海的发展[1]。北京市明文规定纳入保障性住房年度建设计划的项目，全面推行装配式装修成品房交房。

就上述分析结果而言，我国预制装配式建筑发展情况良好，无论是工业生产，构件设计又或是运输与安装水平都在不断提升，这其中即借鉴了国外先进技术也立足于我国建筑特征进行了改造，虽然起步时间较短，但是发展状态良好。作为我国现阶段大力扶持的一项建筑技术，此类技术不仅可以满足居民的大规模住房需求，还可以提升建筑建设水平。可以预见，在将来此类建筑必将会广泛应用到建筑工程当中。

2 预制装配式建筑结构设计要点分析

2.1 框架结构体系的设计要点

就目前装配式建筑发展情况而言，框架结构是目前应用较为广泛的一种结构体系，因为此类结构的整体质量要小于剪力墙结构，所以无论是配件的制作、运输又或者是安装都更加便捷。并且随着建筑技术的进一步发展，此类结构体系已经可以被应用到高层建筑设计当中，目前国内高层建筑对此类结构体系的应用情况较为良好。

立足于框架结构本身内容而言，最为主要的两个构件便是叠合梁以及叠合板，通常情况下会在车间生产，完成之后在运输到施工现场进行安装。结合国内外装配式建筑设计安装案例，框架结构设计要点可以分为以下几个方面：①预制的结构质量需要良好，这样才能保证结构设计安装之后平面规则。无论是纵向框架中的支撑柱，还是横向框架中的支撑柱都需要一一对应，并且中心点需要位于一条直线；②框架节点全部为刚节点，预制的混凝土构建强度需要大于C30；③各个连接部位通常采用焊接方法，在开始之前需要分析两个部分的材质，合理选择焊条以及焊接温度，保证焊接质量[2]；④对于目前的装配式建筑而言，预埋件是整体结构体系中一个重要组成部分，其存在的基本意义在于传导结构受力，因为不同位置结构受力情况也会不同，因此在预埋件的设计中，需要合理计算各个部位的弯矩、剪力以及轴力等。

2.2 剪力墙结构体系的设计要点

在剪力墙的设计过程中，首先需要了解整体结构受力情况，其中主要受力部位有墙、梁、板。这些部位全部为装配式混凝土结构，在实际建设过程中，通常情况下应用现场浇筑与绑扎方法进行连接。如果按照建筑形式进行划分，可以将其分为全预制、半预制两种结构体系。此类结构体系在应用过程中需要满足国家规定的抗震标准（GB50011-2010）以及混凝土结构技术规范（JGJ3-2010）。除此之外，施工建设中还需要注意以下几方面内容。

①主体结构设计形状需要与方案内容一样，并且结构纵横方向所具有的动力特性需要相似。②横墙布置过程中，应该在纵横向端部山墙、内墙位置事先布置好承重墙板。需要注意，内墙承重板提前计算应力大小，以免影响工程质量。③结构纵向墙体设计中，应该结合应力计算结果进行综合分析与考虑。④竖向的抗侧力构件需要采用现场浇筑连接带的方式进行处理，并且需要应用钢筋进行连接。为保证结构整体抗震质量，要求进一步明确各个构件之间的连接应力，通过反复的计算确定最优应力结果，以此保证结构整体应力传导流畅，进而提升主体稳定性。⑤各个构件之间的连接设计，需要满足规定的设计需求。如果建筑结构应该满足某种等级的抗震需求，构件连接设计还应该满足相应的抗震设计要求。各个构件在应用钢筋进行捆绑连接之后所具有的强度与直径，不能小于没有应用钢筋连接时的强度与直径。⑥应用到的各类预制构件应该采用分块设计进行，并且需要合理考虑到建筑整体类型，结构特点，建筑房间的具体开间大小、进深，以及构件起吊位置和拼接位置等多种因素。应用到的墙板高度，可以以一层楼高或者是二倍楼高为基础进行划分。竖向接缝位置要避开暗柱位置，尽量减少构件类型及型号[3]。⑦预制构件配筋设计除应满足现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的相关规定外，尚应进行施工阶段的受力及变形验算。⑧房屋的顶层、开大洞或平面复杂楼层、作为上部结构嵌固端部位的地下室顶板均应采用现浇楼盖结构,以此保证建筑主体结构稳定，使用之后不会影响到居住者人身安全。

3 结语

总而言之，与传统浇筑式建筑相比，装配式建筑有着独特的优势与特点，虽然目前我国此类建筑处于初期发展阶段，但是随着政府扶持力度的加大，以及人们思想意识的转变，该类型建筑必将成为主流建筑形式。其结构设计应该从框架结构以及剪力墙等基础角度进行综合考虑，这样才能保证装配式建筑结构质量安全。